Výhřevnost odpadu jako klíčový parametr pro plánování a provoz zařízení EVO Michal Touš, Lukáš Frýba, Martin Pavlas, Ondřej Machát Ústav procesního a ekologického inženýrství, Vysoké učení technické v Brně (ÚPEI VUT) Technická 2, 616 69 Brno, Česká republika, e-mail:
[email protected] tel.: 541 144 908, web: www.upei.fme.vutbr.cz
Abstrakt Správný odhad očekávané hodnoty výhřevnosti směsného komunálního odpadu a její variability v průběhu roku i možná změna v budoucnosti je z pohledu plánovaní nového zařízení na energetické využití odpadu zásadní. Avšak vzhledem k nedostatku informací a značné nehomogenitě paliva je odhad výhřevnosti problematický. Využití dostupných informací ke složení a produkci odpadů v jednotlivých lokalitách a také analýza provozních dat z existujících zařízení na energetické využití odpadu jsou základem pro vytvoření relevantních modelů pro odhad výhřevnosti, které v budoucnu napomohou při plánování nových zařízení. Tento příspěvek se zaměřuje právě na detailní a metodicky jasně definovanou analýzu dostupných dat z existujících zařízení. Konkrétně se jedná o zpřesnění hodnoty účinnosti získané zpětným výpočtem z provozních dat.
1. Úvod Výhřevnost směsného komunálního odpadu (SKO) představuje zásadní parametr pro návrh nového zařízení na energetické využití odpadu (EVO). Výkonový diagram roštu (obr. 1) je jedním ze základních dokumentů technologického řetězce energetického využívání odpadů. Diagram dává do souvislosti zpracovatelský výkon (t/h) a teplený výkon uvolněný spalováním paliva. Diagram tak přímo či nepřímo slouží ke správnému dimenzování jednotlivých aparátů spalovny. Při konstrukci výkonového diagramu se vždy vychází z nominálních (předpokládaných) parametrů projektovaného zařízení. Správný odhad očekávané hodnoty výhřevnosti SKO a její variability v průběhu roku i možná změna v budoucnosti je zde zásadní. Výhřevnost SKO je ovlivněna dobou a místem jeho vzniku a z pohledu spalovny pak závisí na svozové oblasti. O důležitosti informací v této oblasti svědčí např. zkušenosti z provozu technologie SAKO Brno. Provoz je dimenzován na výhřevnost SKO 11 GJ/t, ale v současnosti je její hodnota mezi 8 a 9 GJ/t. Vzhledem k nedostatku informací a značné nehomogenitě paliva je odhad výhřevnosti SKO problematický. Výzkum v této oblastí může napomoci efektivnějšímu plánování případných dalších zařízení a předcházení provozních problému.
T epe lný výk on [M W]
Dávkování odpadu [t/h]
Obr. 1 Výkonový diagram roštu Výhřevnost lze obecně určit několika metodami:
výpočtem na základě známého složení (hrubý a elementární rozbor → spalné teplo → výhřevnost), na základě známého frakčního složení a odhadu výhřevnosti frakce (ČSN 06 3090), zpětným výpočtem z provozních dat.
První dvě metody jsou vhodné především pro určení výhřevnosti u homogenních materiálů (uhlí, dříví, atd.). V případě SKO je složení velice proměnné a závisí na velkém množství parametrů. V případě existujícího provozu zařízení EVO se pro stanovení výhřevnosti SKO běžně používá výpočet výhřevnosti z provozních dat (viz dále). Výhřevnost SKO je většinou sledována za delší časový okamžik (typicky rok). Výpočet okamžité výhřevnosti (za krátký časový interval) se v některých provozech používá také pro vlastní řízení spalovacího procesu. Dlouhodobou snahou autorů příspěvku je detailněji analyzovat dostupné informace (analýzy týkající se složení a produkce odpadů v jednotlivých lokalitách, zpracování dat z existujících EVO) a s využitím komplexních statistických nástrojů a teoretických znalostí vytvářet relevantní modely, které v budoucnu napomohou při plánování nových zařízení. Podstatným bodem je detailní a metodicky jasně definovaná analýza dostupných dat z existujících zařízení EVO, na kterou se zaměřuje tento příspěvek. V kombinaci se znalostí svozových oblastí pro konkrétní zařízení, experimentálních výsledků výzkumu, socio-statistických údajů a zkušeností ze zahraničí, očekáváme v budoucnu možnost vytvoření relevantních modelů o rozložení výhřevnosti SKO na území ČR. Pro podporu plánování nových zařízení EVO byl na pracovišti autorů sestaven prvotní model pro výpočet výhřevnosti SKO, který vychází plně z výše prezentované filosofie. Model využívá výstupy ze studie [1], kde byly experimentálně zjištěny hodnoty výhřevnosti SKO v sídlištní, venkovské a smíšené zástavbě, a dále informace ČSU (zastoupení bytů a domů v zástavbě v dané oblasti). Modelem vypočítané hodnoty výhřevnosti pro Českou republiku jsou na obr. 2 (rozdělení podle obcí s rozšířenou působností). Vytvořený model v existujícím stavu má zcela jistě celou řadu nedostatků. Jeho kvalita je přímo úměrná množství dostupných dat. Při pohledu na Jihomoravský ale ukazuje dobrou shodu s praktickými zkušenostmi z provozu SAKO Brno.
Obr. 2 Vypočítané hodnoty výhřevnosti v ČR Motivací k další práci je zpřesnění modelu na základě analýzy výhřevnosti z existujících provozů. Tento příspěvek se zabývá zpřesněním výpočtu výhřevnosti SKO z provozních dat. Navazuje na práci M. Pavlase et al. [2], kde byla zpřesňující metoda navržena. Tento návrh je založen na principu vyrovnání dat [3]. Cílem předkládaného příspěvku bylo další rozpracování metody a analýza dosažených výsledků.
2. Výpočet výhřevnosti SKO z výrobních ukazatelů V literatuře lze najít několik výpočtových vztahů. Rovnice (1) uvádí vztah doporučený podle metodiky BREF/BAT [4], rovnice (2) pak vztah doporučený v práci D. O. Reinmanna [5]. Vstupními daty pro výpočet jsou hodnoty on-line měřených veličin a archivovaných veličin v řídicím systému EVO.
1,133 lhvW , B lhvW , R 1,133
kde
lhvW,B lhvW,R ṁST,W ṁW tSP4 iST,HP,NET 0,008 1,133 0,801 1,085
mST ,W iST , HP , NET 0,008 tSP 4 mW 1,085 mST ,W mW
(1)
iST , HP , NET 0,008 tSP 4 0,801
(2)
výhřevnost odpadu dle BREF [GJ/t] výhřevnost odpadu dle Reimanna [GJ/t] množství vyrobené páry z odpadu bez podílu páry vyrobené z importované energie [t/r] množství zpracovaného odpadu [t/r] teplota spalin na výstupu z kotle [°C] rozdíl entalpie páry na výstupu z kotle a napájecí vody na vstupu do kotle [GJ/t] specifický energetický obsah ve spalinách s 4 – 12 % O2 [GJ/t*°C] koeficienty regresní rovnice
Výpočty na základě provozních dat z reálného zařízení TERMIZO, a.s. z roku 2009 bylo ověřeno, že oba vztahy vedou k velmi podobným výsledkům výhřevnosti [2]. Oba vztahy vznikly na základě velkého množství dat z různých provozů. Je tedy zřejmé, že nepostihují konkrétní technologické řešení (parametry páry, předehřev vzduchu, recirkulaci spalin).
3. Výpočet účinnosti spalovenského kotle Výhřevnost odpadu je jedním z podstatných parametrů výpočtu účinnosti spalovenského kotle a naopak. K výpočtu účinnosti se v praxi používá buď metoda přímá, nebo nepřímá [6]. Jako kontrolní postup těchto dvou všeobecně známých metod byla na pracovišti autorů sestavena ještě třetí metoda označená jako nepřímá "modifikovaná“ (detaily například v [2]). Do výpočtu přímou metodou vstupují parametry, které v provozních podmínkách EVO, mohou být zatíženy značnou chybou měření. Jedná se hlavně o určení výhřevnosti, množství materiálu dávkovaného do spalovací komory a v některých případech rovněž průtoku páry na výstupu z kotle. Nepřímá metoda odstraňuje problém se stanovením hmotnosti spáleného paliva. Oproti přímé metodě zde vystupuje pouze jeden parametr zatížený značnou chybou, a to výhřevnost odpadu. Jestliže v případě přímé metody bylo pro všechny součinitele ztrát typické, že ve jmenovateli vystupovala výhřevnost paliva, v tomto případě je výhřevnost nahrazena jednotkovým vyrobeným teplem. Tab. 1 shrnuje důležité vstupní parametry pro výpočet účinnosti jednotlivými způsoby. Tab. 1 Základní vstupní parametry pro výpočet účinnosti jednotlivými způsoby
Přímá metoda
Nepřímá metoda
Modifikovaná nepřímá metoda
výhřevnost
výhřevnost
množství spáleného odpadu
množství spáleného odpadu
množství vyráběné páry
množství vyráběné páry
množství vyráběné páry
teplota spalin za kotlem
teplota spalin za kotlem
entalpie páry
množství spalin za kotlem
množství spalin za kotlem
průtok napájecí vody
obsah CO ve spalinách
obsah CO ve spalinách
entalpie napájecí vody
složení odpadu
složení odpadu
průtok odluhu a odkalu
obsah O2 ve spalinách
obsah O2 ve spalinách
entalpie odluhu a odkalu Každý přístup pro odhad účinnosti uvažuje různé vstupní proměnné a parametry. Teoreticky by měly všechny tyto způsoby výpočtu dávat totožné výsledky. Protože ale hodnoty každé z proměnných jsou zatíženy
určitou chybou, účinnosti se liší. Této vlastnosti se v prezentovaném postupu využívá k zpřesnění výpočtu výhřevnosti. V dalším je uvažována většina vstupních parametrů jako chybami nezatížené. Nepřesnosti jsou připouštěny pouze v případě podstatných parametrů:
výhřevnost SKO (lhvW) množství spalovaného SKO (ṁW) množství generované páry (ṁST,W)
4. Návrh a ověření metodiky vyrovnání dat pro zpětnou analýzu výhřevnosti z výrobních ukazatelů zařízeni EVO V této kapitole jsou nejprve popsány uvažované druhy chyb v parametrech. Poté následuje popis metody pro vyrovnání dat a testování této metody na modelových hodnotách parametrů zatížených chybami.
4.1 Chyby v provozních datech Uvažujeme dva druhy chyb – náhodné a systematické. Náhodná chyba vzniká v důsledku různých náhodných vlivů. Je to tedy náhodná veličina a předpokládá se, že se řídí normálním rozdělením pravděpodobnosti s nulovou střední hodnotou (průměrem). Systematická chyba představuje posun (vzdálenost) střední hodnoty (průměru) od nuly. Představme si například opakované měření hmotnosti výrobku na ručičkové váze. Za náhodnou chybu je možné považovat chybné odečtení váhy – přehlednutí se. Systematickou chybu pak lze charakterizovat například jako váhu misky, na které je výrobek vážen, a jejíž váha se při odečtu neuvažuje. Vytvoří-li se z takto naměřených hodnot histogram (graf četností jednotlivých výsledků měření), vznikne tzv. Gaussova křivka. Oba druhy chyb jsou znázorněny na obr. 3.
Obr. 3 Znázornění náhodné a systematické chyby
4.2 Metoda pro zpřesnění výpočtu výhřevnosti Princip metody vyrovnání dat spočívá v tom, že upravíme (vyrovnáme) naměřené hodnoty tak, aby splňovaly bilanční rovnice popisující daný proces a zároveň aby rozdíl mezi vyrovnanou a původně naměřenou hodnotou byl co nejmenší. Jedná se tedy o úlohu optimalizace. Tento princip lze využít i pro zpřesnění výpočtu (nejen) výhřevnosti. V tomto případě je požadavek na splnění bilančních rovnic nahrazen požadavkem na rovnost účinností vypočítaných jednotlivými metodami (přímá, nepřímá, modifikovaná) a vyrovnávanými parametry jsou výhřevnost, množství odpadu a množství páry. Účelovou funkci, kterou chceme minimalizovat, definujeme takto:
lhv kde
0
0 lhv mW0 mW mST ,W mST ,W 2
0 lhv0 , mW0 , mST ,W
W
ST ,W
lhv , m , m
2
naměřené hodnoty vyrovnané hodnoty
2
(3)
V podstatě se jedná o obdobu metody nejmenších čtverců, kdy hledáme takové koeficienty regresní funkce, aby absolutní odchylka grafu funkce od naměřených hodnot byla co nejmenší. Omezující podmínky definujeme takto (pro jednotlivé účinnosti platí B, f lhv , mW , mST ,W ):
B,P
B,N p2
B,P
B,M p 2
B, N
B,M p 2
2
2
(4)
2
Parametr p představuje maximální možný rozdíl mezi účinnostmi. V ideálním případě by bylo voleno p 0 . V takovém případě ale výpočet nekonverguje dostatečně rychle. Důvodem může být výpočtová náročnost postupu, ale také možnost, že řešení s nulovým rozdílem účinností zkrátka neexistuje z důvodu zanedbání chyb u ostatních parametrů. Proto je voleno p 0 , čili určitý rozdíl v účinnostech je povolen. V následujícím textu je tento postup ověřen testováním na modelových datech, které je nezbytné před vlastním nasazením na reálná data. S využitím bilančního simulačního software (reprezentujícího ideální systém nezatížený chybami) byly pro konkrétní provozní stav nalezeny hodnoty lhvW, ṁW a ṁST,W, kdy se účinnosti téměř rovnají. Ty považujeme za hodnoty nezatížené chybou – referenční hodnoty. Tyto hodnoty se opakovaně v různých kombinacích uměle zatíží chybami a poté se provede testovací vyrovnání dat s cílem dospět ke stejným referenčním hodnotám a tím odhalit a identifikovat uměle nastavené chyby. Na základě známých referenčních hodnot lhvW, ṁW a ṁST,W lze pak zhodnotit, jak metoda funguje. V ideálním případě by se chybné hodnoty po vyrovnání měly shodovat s referenčními hodnotami lhvW, ṁW a ṁST,W. Hledání vyrovnaných hodnot lze ovlivnit takzvanou vahou. Vahou rozumíme kladné reálné číslo, které zohledňuje přesnost měření příslušného parametru. Účelovou funkci s použitím vah definujeme takto: 0 a lhv0 lhv b mW0 mW c mST ,W mST ,W 2
2
2
(5)
Koeficienty a, b, c jsou vahami jednotlivých parametrů. Pokud je měření méně přesné, použije se např. váha s hodnotou 0,5. Tím se umožní větší rozdíl mezi naměřenou a vyrovnanou hodnotou při stejné hodnotě účelové funkce. Je-li na opak měření přesné, lze použít koeficient např. 1,5. Dodejme ještě, že ve výpočtu je uvažován maximální zvolený rozdíl mezi účinnostmi p 0,35 . Tato hodnota je volena na základě testování konvergence výpočtu a zaručuje rozdíl mezi účinnostmi po vyrovnání maximálně 0,35%.
4.3 Analýza výsledků Postupně byla metoda testována na data obsahující uměle vytvořenou náhodnou chybu, dále chybu systematickou a jejich kombinace. Analyzován byl také vliv váhových koeficientů. Referenční hodnoty jsou uvedeny v tab. 2. Z těchto hodnot je pro každou testovanou variantu chyb generováno 500 nových hodnot zatížených chybou, která se skládá z náhodné a systematické složky. Tab. 2 Chybou nezatížené (přesné) hodnoty
lhv [GJ/t] ṁW [t/h] ṁST,W [t/h] Účinnost [%] 10,55
11,75
39,32
86,5
Zatížení náhodnou chybou Z několika testovaných variant uvedeme v tomto textu pouze výsledky z případu uměle vytvořené náhodné chyby ve výši maximálně 3 % pro všechny tři parametry. Na třech níže uvedených obrázcích je vidět srovnání chybných a vyrovnaných hodnot. Celkově se dá říci, že na takto malou náhodnou chybu není reakce vyrovnání nijak výrazná. V případě výhřevnosti (obr. 4) a množství odpadu (obr. 5) je vidět určité zlepšení, 4.3.1
protože histogram vyrovnaných hodnot nevykazuje tak velký rozptyl jako histogram chybných hodnot. Korekce množství páry je ale téměř nulová (obr. 6). 1 0 ,9
240 220
1 0 ,8
200 180
P o č e t p o z o ro v á n í
lh v [G J /t]
1 0 ,7 1 0 ,6 1 0 ,5 1 0 ,4
160 140 120 100 80 60 40
1 0 ,3 20 0
1 0 ,2 1
41 21
81 61
1 0 ,2
121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 101 141 181 221 261 301 341 381 421 461 pův o dní
s c hy bo u
1 0 ,3
1 0 ,4
1 0 ,5
1 0 ,6
1 0 ,7
1 0 ,8
1 0 ,9
1 1 ,9
1 2 ,0
1 2 ,1
lh v [G J /t]
v y ro v na ná
v y ro v na ná
s c hy bo u
Obr. 4 Vyrovnání výhřevnosti s náhodnou chybou 1 2 ,1
220 200
1 2 ,0
180 160
P o č e t p o z o ro v á n í
m W [t/h ]
1 1 ,9 1 1 ,8 1 1 ,7
140 120 100 80 60
1 1 ,6
40 1 1 ,5
20 0
1 1 ,4 1
41 21
81 61
1 1 ,4
121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 101 141 181 221 261 301 341 381 421 461 pův o dní
s c hy bo u
1 1 ,5
1 1 ,6
1 1 ,7
1 1 ,8
m W [t/h]
v y ro v na ná
s c hy bo u
v y ro v na ná
Obr. 5 Vyrovnání množství odpadu s náhodnou chybou 4 0 ,6
140
4 0 ,4
120
4 0 ,2
P o č e t p o z o ro v á n í
4 0 ,0
m S T ,W [t/h ]
3 9 ,8 3 9 ,6 3 9 ,4 3 9 ,2 3 9 ,0
100 80 60 40
3 8 ,8 3 8 ,6
20
3 8 ,4
0
3 8 ,2 1
41 21
81 61
121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 101 141 181 221 261 301 341 381 421 461 pův o dní
s c hy bo u
v y ro v na ná
3 8 ,2 3 8 ,4 3 8 ,6 3 8 ,8 3 9 ,0 3 9 ,2 3 9 ,4 3 9 ,6 3 9 ,8 4 0 ,0 4 0 ,2 4 0 ,4 4 0 ,6 m S T,W [t/h] s c hy bo u
v y ro v na ná
Obr. 6 Vyrovnání množství páry s náhodnou chybou
Lze tedy konstatovat, že pokus o vyrovnání takto malých náhodných chyb (do 3 %) je bez efektu. To je pravděpodobně způsobeno tím, že chyba je natolik malá, že omezující podmínky jsou většinou prakticky splněny ještě před začátkem výpočtu. Zaměřme se ještě na fakt, že zatímco v případě výhřevnosti a množství odpadu k určité vyrovnávací reakci došlo, v případě množství páry je reakce nulová. Tento výsledek zdůvodňuje následná analýza vlivu
chyb u jednotlivých parametrů. Vliv chyb u jednotlivých parametrů je ukázán pomocí regresních koeficientů. Hledáme regresní funkci vyjadřující závislost účinnosti (přímé, nepřímé, modifikované) na výhřevnosti, množství odpadu a množství páry. Velikost regresních koeficientů pak určuje velikost jednotkové změny účinnosti při změně daného parametru. Regresní koeficienty jsou uvedeny v tab. 3. Tab. 3 Regresní koeficienty
parametr přímá metoda nepřímá metoda modifikovaná nepřímá metoda lhv
-0,0837
0,0122
-0,0006
ṁW
-0,0752
0,0000
-0,0098
ṁST,W
0,0226
0,0002
0,0030
Z těchto výsledků je patrné, že chyby ve výhřevnosti a množství odpadu jsou v rámci všech tří metod nejvlivnější. Dalo by se usuzovat, že vůči vlivu chyby ve výhřevnosti, je vliv chyby v množství odpadu oslaben nulovým efektem v případě nepřímé metody. Je zřejmé, že chyba v množství páry má celkově nejnižší vliv. Zajímavé je ještě srovnání regresních koeficientů mezi jednotlivými metodami výpočtu účinnosti. Přímá metoda reaguje na chybu v parametru mnohem výrazněji než další dvě. To znamená, že účinnost vypočítaná přímou metodou bude vždy více odchýlena od správné hodnoty a zřejmě tedy bude hlavní „hnací silou“ vyrovnání. Systematická chyba Nyní bude k náhodné chybě z předchozí kapitoly přidána také chyba systematická. Její hodnoty jsou uvedeny v tab. 4. Volba hodnot vychází z předpokladu, že měření průtoku páry je zatíženo pouze náhodnou chybou. V případě množství spalovaného odpadu se předpokládá určitá nepřesnost při vážení. Jak již bylo naznačeno v úvodu, výpočet výhřevnosti nepostihuje konkrétní technologické řešení, a proto se předpokládá nevýraznější systematická chyba. 4.3.2
Tab. 4 Systematická chyba jednotlivých parametrů
parametr modifikovaná nepřímá metoda lhv
10 %
ṁW
5%
ṁST,W
0%
Při přítomnosti systematické chyby jsou již výsledky o něco zajímavější. Vyrovnání reaguje na systematickou chybu poměrně dobře. Jak v případě výhřevnosti (obr. 7), tak v případě množství odpadu (obr. 8) je vidět posun vyrovnaných hodnot směrem k původní hodnotě. V případě výhřevnosti se průměr z vyrovnaných hodnot pohybuje okolo 10,7 GJ/t, v případě množství odpadu je to asi 11,6 t/h. U množství páry je vidět mírné odchýlení od původní hodnoty (obr. 9).
1 2 ,0
400
1 1 ,8
350
1 1 ,6
P o č e t p o z o ro v á n í
300
lh v [G J /t]
1 1 ,4 1 1 ,2 1 1 ,0 1 0 ,8
250 200 150 100
1 0 ,6 50
1 0 ,4
0
1 0 ,2 1
41 21
81 61
1 0 ,2
121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 101 141 181 221 261 301 341 381 421 461 pův o dní
s c hy bo u
1 0 ,4
1 0 ,6
1 0 ,8
1 1 ,0
1 1 ,2
1 1 ,4
1 1 ,6
1 1 ,8
1 2 ,0
1 2 ,4
1 2 ,6
1 2 ,8
lh v [G J /t]
v y ro v na ná
v y ro v na ná
s c hy bo u
Obr. 7 Vyrovnání výhřevnosti se systematickou chybou 1 2 ,8
350
1 2 ,6
300
P o č e t p o z o ro v á n í
1 2 ,4
m W [t/h ]
1 2 ,2 1 2 ,0 1 1 ,8
250 200 150 100
1 1 ,6 50
1 1 ,4
0
1 1 ,2 1
41 21
81 61
1 1 ,0
121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 101 141 181 221 261 301 341 381 421 461 pův o dní
s c hy bo u
1 1 ,2
1 1 ,4
1 1 ,6
1 1 ,8
1 2 ,0
1 2 ,2
m W [t/h]
v y ro v na ná
v y ro v na ná
s c hy bo u
Obr. 8 Vyrovnání množství odpadu se systematickou chybou 4 0 ,6
120
4 0 ,4 100
4 0 ,2
P o č e t p o z o ro v á n í
4 0 ,0
m S T ,W [t/h ]
3 9 ,8 3 9 ,6 3 9 ,4 3 9 ,2 3 9 ,0
80
60
40
3 8 ,8 20
3 8 ,6 3 8 ,4
0
3 8 ,2 1
41 21
81 61
121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 101 141 181 221 261 301 341 381 421 461 pův o dní
s c hy bo u
v y ro v na ná
3 8 ,0 3 8 ,2 3 8 ,4 3 8 ,6 3 8 ,8 3 9 ,0 3 9 ,2 3 9 ,4 3 9 ,6 3 9 ,8 4 0 ,0 4 0 ,2 4 0 ,4 4 0 ,6 4 0 ,8 m S T,W [t/h] s c hy bo u
v y ro v na ná
Obr. 9 Vyrovnání množství páry se systematickou chybou
Vyrovnání se pokusíme dále zlepšit pomocí vah. Budeme hledat takové váhy k jednotlivým parametrům, které by vyvolaly co nejpřesnější odezvu. Tab. 5 obsahuje průměry vyrovnaných hodnot po použití různých vah. První volba vah je vzhledem k velikostem systematických chyb nelogická a je demonstrací toho, jak negativně se může projevit špatně volená váha. Druhá volba vah již odpovídá velikostem systematických chyb a je vidět, že dochází k výraznému zlepšení vyrovnání. Poslední volba vah je optimální z hlediska přesnosti vyrovnání. Výsledky poslední volby vah jsou znázorněny graficky na obr. 10, 11 a 12. Je třeba ještě poznamenat, že vyrovnáním hodnot zpřesňujeme také výpočet účinnosti a při optimální volbě vah tak dostáváme téměř přesnou hodnotu.
Tab. 5 Průměry vyrovnaných hodnot pro jednotlivé parametry s použitím vah parametr
váha
Přesná hodnota
Průměr vyrovnaných hodnot
lhv
0,6
10,55 GJ/t
11,13 GJ/t
ṁW
0,2
11,75 t/h
11,08 t/h
ṁST,W
1
39,32 t/h
39,37 t/h
lhv
0,2
10,55 GJ/t
10,36 GJ/t
ṁW
0,6
11,75 t/h
12,02 t/h
ṁST,W
1
39,32 t/h
39,35 t/h
lhv
0,2
10,55 GJ/t
10,55 GJ/t
ṁW
0,3
11,75 t/h
11,78 t/h
ṁST,W
1
39,32 t/h
39,35 t/h
1 2 ,0
350
1 1 ,8
300
P o č e t p o z o ro v á n í
1 1 ,6
lh v [G J /t]
1 1 ,4 1 1 ,2 1 1 ,0 1 0 ,8
250 200 150 100
1 0 ,6 50 1 0 ,4 0
1 0 ,2 1
41 21
81 61
1 0 ,0
121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 101 141 181 221 261 301 341 381 421 461 pův o dní
s c hy bo u
1 0 ,2
1 0 ,4
1 0 ,6
1 0 ,8
1 1 ,0
1 1 ,2
1 1 ,4
1 1 ,6
1 1 ,8
1 2 ,0
1 2 ,2
lh v [G J /t]
v y ro v na ná
v y ro v na ná
s c hy bo u
Obr. 10 Vyrovnání výhřevnosti s použitím vah – varianta 0,2/0,3/1 1 2 ,8
200 180
1 2 ,6
P o č e t p o z o ro v á n í
160
m W [t/h ]
1 2 ,4 1 2 ,2 1 2 ,0 1 1 ,8
140 120 100 80 60 40 20
1 1 ,6
0 1 1 ,3
1 1 ,4 1
41 21
81 61
121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 101 141 181 221 261 301 341 381 421 461 pův o dní
s c hy bo u
v y ro v na ná
1 1 ,5 1 1 ,4
1 1 ,7 1 1 ,6
1 1 ,9 1 1 ,8
1 2 ,1 1 2 ,0
1 2 ,3 1 2 ,2
m W [t/h] s c hy bo u
v y ro v na ná
Obr. 11 Vyrovnání množství odpadu s použitím vah – varianta 0,2/0,3/1
1 2 ,5 1 2 ,4
1 2 ,7 1 2 ,6
1 2 ,8
4 0 ,6
120
4 0 ,4 100
4 0 ,2
P o č e t p o z o ro v á n í
4 0 ,0
m S T ,W [t/h ]
3 9 ,8 3 9 ,6 3 9 ,4 3 9 ,2 3 9 ,0
80
60
40
3 8 ,8 20
3 8 ,6 3 8 ,4
0
3 8 ,2 1
41 21
81 61
121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 101 141 181 221 261 301 341 381 421 461 pův o dní
s c hy bo u
v y ro v na ná
3 8 ,2 3 8 ,4 3 8 ,6 3 8 ,8 3 9 ,0 3 9 ,2 3 9 ,4 3 9 ,6 3 9 ,8 4 0 ,0 4 0 ,2 4 0 ,4 4 0 ,6 m S T,W [t/h] s c hy bo u
v y ro v na ná
Obr. 12 Vyrovnání množství páry s použitím vah – varianta 0,2/0,3/1
5. Diskuze a závěr Výhřevnost odpadu je zásadním parametrem pro plánování a provoz zařízení EVO. Zjišťování výhřevnosti je však značně komplikované. U existujícího zařízení lze použít zpětný výpočet z provozních dat, který ale nebere v úvahu konkrétní technologické řešení provozu a dá se tedy předpokládat, že je zatížen chybou. V práci M. Pavlase [2] byla navržena metoda pro zpřesnění výhřevnosti zpětným výpočtem z provozních dat zařízení EVO a spolu s ní také dalších parametrů. Metoda je založena na principu vyrovnání dat a vychází z myšlenky, že účinnosti vypočítané různými způsoby by se měly pro ideální systém nezatížený chybami měření rovnat. Tam, kde toto neplatí (výpočty a reálnými měřenými daty) se rovnosti účinností snažíme dosáhnout právě úpravou (vyrovnáním) stěžejních parametrů – výhřevnosti SKO, množství spalovaného SKO a množství generované páry. Tento článek rozpracovává navrženou metodu a analyzuje její efekt pro daný účel. Z výsledků vyplývá, že požadavek na úplnou rovnost účinností je příliš vysoký, proto je povolen určitý rozdíl. Díky tomu metoda výrazněji nereaguje na malou náhodnou chybu v parametrech. V případě větší systematické chyby, již dochází k reakci a metoda přibližuje vyrovnané hodnoty přesným hodnotám. Optimálního vyrovnání hodnot je docíleno použitím váhových koeficientů, které zohledňují velikost různě velkých chyb v parametrech. Metoda má tedy jednu slabinu a to, že pro přesné vyrovnání požaduje vhodné nastavení vah. Jinými slovy požaduje určité znalosti o velikosti chyb v jednotlivých parametrech nebo alespoň o poměru mezi velikostmi. Jednou z možností je na základě odborného odhadu takový poměr stanovit. Ovšem z hlediska věrohodnosti by bylo vhodnější nalézt metodiku, která by vhodné váhy odhadla. To představuje motivaci pro další rozvoj metody.
Poděkování Příspěvek vznikl na základě podpory v rámci projektu č. CZ.1.07/2.3.00/30.0039 „Excelentní mladí vědci na VUT v Brně“, dále v rámci projektu č. CZ.1.07/2.3.00/20.0020 „Systém pro zkvalitnění výzkumných týmů ve strojírenství a hraničních oborech“ a v rámci projektu č. CZ.1.05/2.1.00/01.0002 „NETME Centre Nové technologie pro strojírenství“.
Použitá literatura [1] BENEŠOVÁ, L.; ČERNÍK, B.; HNAŤUKOVÁ, P.; KOTOULOVÁ, Z.; VRBOVÁ, M.; DOLEŽALOVÁ, M.; GAŠPAR, T.; PEŠEK T. Výzkum vlastností komunálních odpadů a optimalizace jejich využívání: Produkce a složení objemných odpadů, příloha závěrečné zprávy, Praha: Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta, 2012
[2] PAVLAS, M.; TOUŠ, M.; BENÁČKOVÁ, J.; HEJL, M. Určení výhřevnosti směsného komunálního odpadu statistickou analýzou výrobních ukazatelů ze zařízení EVO. In 58. konference chemického a procesního inženýrství CHISA 2011. Praha: Česká společnost chemického inženýrství, 2011. s. 139-150. ISBN: 978-80-905035-0- 2.
[3] NARASIMHAN, S.; JORDACHE C. Data reconciliation & gross error detection: an intelligent use of process data. Houston: Gulf Publishing, 2000, ISBN 0-88415-255-3-.
[4] European IPPC Bureau: Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration, Brussles, Sevilla, 2006
[5] REIMANN D. O. Determination and importance of characteristic numbers to the energy and plant utilization as well as to efficiencies for the waste incineration. Bamberg, Germany.
[6] Acceptance testing of waste incineration plants with grate firing systems: FDBR Fachverband Dampfkessel-, Behälter- und Rohrleitungsbau,[2000]. Guideline edition, 2000.
